Val av motorer för cykliska verkningsmekanismer

Elektriska ställdon med cyklisk verkan arbetar i ett periodiskt läge, vars karakteristiska egenskap är frekvent start och stopp av motorn. Det är känt från förloppet av teorin om elektrisk drivning att energiförlusterna i transienta processer direkt beror på tröghetsmomentet för den elektriska drivningen J∑, vars huvuddel, om vi exkluderar tröghetsmekanismer, är tröghetsmomentet av motorn Jdv. Därför är det i avstängningsläge önskvärt att använda motorer som, vid erforderlig effekt och vinkelhastighet, möjligen har det minsta tröghetsmomentet Jdv.

Enligt uppvärmningsförhållandena är den tillåtna belastningen av motorn i intermittent drift högre än vid kontinuerlig drift. När man börjar med förstorad statisk belastningsmotor måste också utveckla ett ökat startmoment som överstiger det statiska med värdet av det erforderliga dynamiska vridmomentet. Därför kräver intermittent drift en större motoröverbelastningskapacitet än långtidsdrift.Kravet på hög överbelastningskapacitet bestäms också av behovet av att övervinna kortvariga mekaniska överbelastningar till följd av separering av laster, jordschaktning m.m.

Slutligen skiljer sig uppvärmnings- och kylförhållandena för motorer i intermittent drift från de i kontinuerlig drift. Denna skillnad är särskilt uttalad i självventilerade motorer, eftersom mängden kylluft som kommer in i motorn beror på dess hastighet. Under transienter och pauser försämras motorns värmeavledning, vilket har en betydande inverkan på den tillåtna motorbelastningen.

Alla dessa förhållanden bestämmer behovet av att använda i elektriska drivningar med cykliska verkansmekanismer specialmotorer vars nominella belastning är periodisk, kännetecknad av en viss nominell arbetscykel

där Tp och se — arbetstiden respektive paustiden.

I intermittent läge, vid drift med nominell belastning, fluktuerar motortemperaturen runt det tillåtna värdet, ökar under drift och minskar under paus. Det är uppenbart att ju högre temperaturavvikelser från det tillåtna är, desto längre cykeltid vid en given PV Tq = Tp + se och desto mindre är tidskonstanten för motorvärmningen Tn.

Begränsa den tillåtna cykeltiden till gränsen för möjlig maximal motortemperatur. För hushållsmotorer med intermittent drift är den tillåtna cykeltiden inställd på 10 minuter. Således är dessa motorer konstruerade för en arbetscykel vars graf för standarddrifttider (driftcykel = 15, 25, 40 och 60 och 100%) visas i fig. 1.När arbetscykeln ökar, minskar motorns märkeffekt.

Industrin tillverkar ett antal serier av motorer med intermittent belastning:

— Asynkrona kranar med en ekorrotor i MTKF-serien och med en fasrotor i MTF-serien.

— liknande metallurgiska serier MTKN och MTN.

— DC-serie D (i versionen för grävmaskiner i DE-serien).

Maskiner i den specificerade serien kännetecknas av formen av en långsträckt rötor (armatur), vilket ger en minskning av tröghetsmomentet. För att minska förlusterna som frigörs i statorlindningen under transienta processer, motorerna i MTKF och MTKN serier har en ökad nominell glidning sHOM = 7 ÷ 12%. Överbelastningskapaciteten för motorerna i kran- och metallurgisk serie är 2,3 — 3 vid arbetscykel = 40 %, vilket vid arbetscykel = 100 % motsvarar λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.

V kranmotorer AC-läge tas som det nominella huvudläget med arbetscykel = 40 %, och i DC-motorer - korttidsläge med en varaktighet på 60 minuter (tillsammans med arbetscykel = 40 %). Den nominella effekten för motorerna i kran- och metallurgiska serierna vid PVNOM = 40 % ligger i intervallet: 1,4-22 kW för MTF- och MTKF-serierna; 3-37 kW och 3-160 kW för MTKN- respektive MTN-serier; 2,4-106 kW för D-serien. D-serien blåsta motorer är gjorda för märkeffekt från 2,5 till 185 kW med duty cycle = 100%.

Ekorrburmotorer kan ha en flerhastighetsdesign med två eller tre separata statorlindningar: MTKN-serien med antalet poler 6/12, 6/16 och 6/20 och märkeffekt från 2,2 till 22 kW vid PVNOM = 40% ; MTKF-serien med antal poler 4/12, 4/24 och 4/8/24 och märkeffekt från 4 till 45 kW vid PVN0M = 25%.Produktionen av en ny 4MT-serie av asynkrona kran- och metallurgiska motorer i effektområdet 2,2 — 200 (220) kW med en arbetscykel på 40 % planeras.

Användningen av tvåmotorsdrift fördubblar användningsområdet för de listade typerna av elektriska maskiner. Med stora erforderliga effekter används asynkronmotorer av A-serien, AO, AK, DAF, etc., liksom DC-motorer av samma P-serie i specialiserade modifieringar, till exempel i versionen för grävmaskiner av PE, MPE, för hissar MP L, etc.

Val av motorer för kran- och metallurgiska serier utförs enklast i de fall där dess faktiska arbetsschema sammanfaller med en av de nominella som visas i fig. 1. Kataloger och referensböcker listar motorklassificeringar vid PV-15, 25, 40, 60 och 100%. Därför, när frekvensomriktaren arbetar med en konstant statisk belastning Pst vid nominell cykel, är det inte svårt att välja en motor med närmast effekt från katalogen från tillståndet PNOM > Rst.

Men verkliga cykler är vanligtvis mer komplexa, motorbelastningen i olika delar av cykeln visar sig vara olika, och omkopplingstiden skiljer sig från den nominella. Under sådana förhållanden utförs valet av motor enligt ett likvärdigt schema, i linje med en av de nominella i fig. 1. För detta ändamål bestäms först den permanenta ekvivalenta värmebelastningen vid en giltig PST, som sedan räknas om till standard PST0M-tillkopplingstid. Omräkningen kan göras med hjälp av förhållanden:

Förhållandena är ungefärliga eftersom de inte tar hänsyn till två viktiga faktorer som förändras med en förändring i arbetscykeln och som väsentligt påverkar motorvärmen.

Ris. 1.Motorns nominella arbetscykel för intermittent drift.

Den första faktorn är mängden värme som frigörs i motorn på grund av konstanta förluster... Denna värmemängd ökar när PV ökar och minskar när PV sjunker. Följaktligen, när du går till en stor solcellsapparat, ökar uppvärmningen och vice versa.

Den andra faktorn är motorernas ventilationsförhållanden. Med självventilation är kylförhållandena under arbetsperioder flera gånger bättre än under viloperioder. Därför, med en ökning av PV, förbättras kylförhållandena, med en minskning försämras de.

Genom att jämföra inverkan av dessa två faktorer kan vi dra slutsatsen att den är motsatt och till viss del ömsesidigt kompenserad. För moderna serier ger därför de ungefärliga förhållandena ett ganska korrekt resultat om de endast används för omräkning till den nominella arbetscykeln närmast vattenkraftverket.

Det är känt från teorin om elektrisk framdrivning att metoderna för genomsnittliga förluster och ekvivalenta värden som används vid valet av en motor är av verifikationskaraktär, eftersom de kräver kunskap om ett antal parametrar för en tidigare vald motor. När du gör ett preliminärt urval, för att undvika flera fel, är det nödvändigt att ta hänsyn till egenskaperna hos en viss mekanism.

För allmänna industriella mekanismer för cyklisk verkan kan du specificera de tre mest typiska fallen av motorförval:

1. Mekanismens arbetscykel är inställd, och dynamiska belastningar har en försumbar effekt på motorvärmen.

2. Mekanismens cykel är inställd, och dynamiska belastningar är kända för att signifikant påverka motorvärmen.

3. Mekanismens cykel bestäms inte av uppgiften.

Det första fallet är mest typiskt för mekanismer med låg tröghetsmassa — engångslyft- och dragvinschar. Effekten av dynamiska belastningar på motoruppvärmningen kan bedömas genom att jämföra starttiden tp med varaktigheten av stationär drift.

Om tп << tyct kan motorvalet göras enligt frekvensomriktarens belastningsdiagram. Enligt detta belastningsdiagram bestäms det genomsnittliga belastningsmomentet av formlerna som angetts tidigare, det omräknas till närmaste nominella arbetscykel, och sedan bestäms den erforderliga motoreffekten vid en given arbetshastighet ωρ:

I detta fall görs en ungefärlig redovisning av påverkan av dynamiska laster genom att införa en säkerhetsfaktor kz = 1,1 ÷ 1,5 i formeln. När förhållandet tp/tyct ökar bör säkerhetsfaktorn öka ungefär, förutsatt att den vid tp/tyct0,2 — 0,3 är mer.

Den förvalda motorn måste kontrolleras för uppvärmning med en av metoderna enligt teorin om elektrisk drivning, samt överbelastningskapacitet från tillståndet:

där Mdop är det tillåtna kortsiktiga överbelastningsmomentet.

För DC-motorer begränsas vridmomentet av de aktuella kommuteringsförhållandena på kollektorn:

där λ är motorns överbelastningskapacitet enligt katalogdata.

För asynkronmotorer, när man bestämmer Mdop, är det nödvändigt att ta hänsyn till möjligheten att minska nätspänningen med 10%. Eftersom det kritiska momentet Mcr är proportionell mot kvadraten på spänningen, alltså

Dessutom bör ekorrbura induktionsmotorer kontrolleras på samma sätt genom att starta vridmoment.

Det andra fallet är karakteristiskt för mekanismer med stora tröghetsmassor - tunga och höghastighetsmekanismer för rörelse och rotation, men det kan också realiseras i andra fall med en hög startfrekvens.

Här kan inverkan av dynamiska laster utvärderas genom att jämföra transienttiden och stationär drift. Om de är jämförbara eller tp> taktiska kan de dynamiska belastningarna inte försummas även när motorn är förvald.

I detta fall är det nödvändigt att konstruera för det preliminära valet ett ungefärligt lastdiagram för motorn, efter att ha ställt in, analogt med de nuvarande inställningarna, dess tröghetsmoment. Om Jdw << Jm kan ett fel i värdet på Jdw inte ha någon betydande inverkan på korrektheten i urvalet, och dessutom ger den efterföljande verifieringsberäkningen de nödvändiga förtydligandena i varje enskilt fall.

Slutligen är det tredje fallet karakteristiskt för mekanismer av universellt syfte, för vilka det är svårt att bygga en specifik arbetscykel. Ett exempel på detta är mekanismerna hos en normal travers med låg lastkapacitet, som kan användas i olika produktionsområden.

Grunden för att välja en motor i sådana fall kan vara en sättningscykel, där motorn på den första arbetssektionen tp1 arbetar med maximal belastning MCT1, och på den andra tp2 med minsta belastning MCT2. Om det är känt att påverkan av dynamiska belastningar på uppvärmningen av motorn av denna mekanism är liten, är det möjligt att bestämma rms (motsvarar vid uppvärmning) belastningsmoment, under antagande av tp1 = tp2

Den erforderliga motoreffekten vid ett givet arbetsvarvtal bestäms av förhållandet

Valet av motor enligt katalogen görs av villkoret Ptr < Pnom vid den beräknade varaktigheten för inkludering av PVnom inställd för mekanismen.

För kranmekanismer fastställer reglerna följande driftsätt, bestämt av deras totala driftsförhållanden:

• ljus — L (PVNOM == 15 ÷ 25 %, antalet starter per timme h <60 1/h),

• medium — C (PVNOM = 25 — 40 %, h <120 1/h),

• tung — T (PVNOM = 40 %, h < 240 1/h)

• mycket tung — HT (DFR = 60 %, h < 600 1/h).

• särskilt tung — OT (arbetscykel = 100 %, h> 600 1 / h).

Tillgängligheten av dessa data, baserat på statistiskt material, gör det möjligt att vid behov specificera den villkorade cykeln för mekanismen, accepterad ovan som beräknad. Faktum är att arbetstiden är fast

vilket gör att motorn kan förvals på samma sätt som i de två första fallen som diskuterats ovan. Detta är särskilt viktigt när effekten av dynamiska belastningar på motoruppvärmningen kan antas vara betydande.